Encontrar la pericia ajedrecística en el cerebro: Un estudio de caso

Hasta ahora, en estos artículos sobre «La ciencia del ajedrez», me he centrado en varios resultados de investigaciones que describen la ciencia cognitiva y perceptiva del ajedrez. En términos generales, se podrían resumir todos estos ensayos como intentos de comentar lo que sabemos sobre cómo funciona el ajedrez en la mente. Sin embargo , ahora que el semestre de otoño en mi institución de origen se acerca rápidamente (¿a dónde se fue el verano?), estoy trabajando en los toques finales para el curso de la división superior que ofrezco en Neuropsicología. Esto significa pensar no sólo en la mente, sino también en el cerebro . Me encanta enseñar este curso, pero también me genera muchos sentimientos encontrados. Quiero dedicar un poco de tiempo al comienzo de este artículo a explicar por qué, lo que espero sea un preámbulo útil para el estudio (de Cepero-Escribano y colegas) del que quiero hablarles.

¿A quién le importa el cerebro de todos modos?

La cuestión es que soy una especie de escéptico cerebral. Oh, claro, sé que todas las funciones cognitivas que me interesan están respaldadas de una forma u otra por el sistema nervioso; esa parte está bien. Lo que me hace ser escéptico es el valor agregado al utilizar las herramientas de la neurociencia cognitiva para intentar comprender la naturaleza de esos procesos. Honestamente, me gusta pensar que tengo este escepticismo: crecí (académicamente hablando) en un laboratorio de resonancia magnética funcional muy activo e hice un trabajo postdoctoral con EEG/ERP como parte de un grupo de investigación diferente (y también muy activo). Sé lo que estas metodologías te permiten hacer y yo mismo las he usado para intentar comprender cosas como los efectos de la experiencia visual en las capacidades de reconocimiento o qué características críticas contribuyen a tipos específicos de procesamiento visual en el desarrollo. Creo que estas técnicas tienen absolutamente su lugar y pueden ayudarnos a comprender cuestiones fundamentales sobre lo que hacen la mente y el cerebro en diferentes entornos. Sin embargo, si echas un vistazo a mi laboratorio estos días, verás mucho más énfasis en las herramientas analógicas para realizar experimentos: mis estudiantes han estado realizando tareas de colorear y dibujar, pidiendo a niños y adultos que coloquen pegatinas en siluetas de formas, y un montón de otras cosas que tienen poca conexión con el mundo de Cog. Neuro. Al final, aunque en cierto modo construí mi laboratorio mediante la electrofisiología, me encontré cada vez más preocupado por depender demasiado de estos métodos.

Lo que comencé a preocuparme, con respecto a mi disciplina académica, pero especialmente con respecto a mis alumnos, es que es fácil dejarse engañar por lo que algunos han llamado el » encanto seductor » de las imágenes cerebrales. Recuerdo la primera vez que tuve la oportunidad de realizar un análisis simple con datos reales de resonancia magnética funcional y terminé con manchas de colores brillantes superpuestas a una imagen del cerebro de un participante real. Se sintió un poco como magia y se veía como yo pensaba que se suponía que debía verse la ciencia. Terminaría uniéndome al laboratorio del instructor como estudiante universitario y eventualmente participaría en suficientes estudios de resonancia magnética funcional para tener una idea bastante específica sobre dónde está mi propia red de procesamiento facial dentro de mi cráneo y una imagen de mi cerebro que todavía uso cuando enseñar (ver más abajo). Genial, ¿verdad?

Figura 1: Una vista sagital media del cerebro de NDpatzer (alrededor de 2001).

Sí, es genial . Pero como todos los métodos y todos los diseños experimentales, requiere una reflexión cuidadosa en todas las etapas. ¡No basta con tratar al cerebro como una costosa variable dependiente! Para mí, lo que trato de enfatizar cuando imparto mi curso de Neuropsicología es una pregunta por encima de todo: ¿Qué obtenemos del estudio directo del cerebro que no podríamos obtener por otros medios? Hay muchas razones por las que es importante hacer esta pregunta, incluido el presupuesto de cada uno (que probablemente sea menor de lo deseado), el tiempo de los participantes (que les gustaría pasar en su mayor parte fuera de un escáner de resonancia magnética funcional) y otras consideraciones prácticas. Mire, ¿por qué utilizar todo este dinero, tiempo y energía para husmear en la corteza cerebral? ¿A quién le importa el cerebro?

A mis alumnos generalmente no les gusta esta pregunta porque piensan que la idea de ser neurocientífico es interesante. ¿Pero por qué es tan bonito? Algunos de mis alumnos responden a esto diciendo cosas como «Entonces sabes dónde suceden las cosas en el cerebro». a lo que suelo responder «¿Y?» Eso siempre los deja un poco cortos porque seguro que parece algo que vale la pena descubrir. ¿Pero lo es? Si le dijera que la experiencia en ajedrez depende fundamentalmente de un trozo de corteza de 4 mm x 4 mm en el lóbulo frontal derecho, ¿cambiaría esto algo para usted? Quiero decir, se podría utilizar esto para empezar a hacer el tipo de mapa frenológico que gustaba a los científicos de los siglos XVIII y XIX. Sin embargo, una vez que tuvo un gráfico de este tipo, ¿para qué sirve? ¿Sabe algo más que un poco de geografía para vincular las diversas cosas que su mente puede hacer?

Mis alumnos sienten que la respuesta a esa pregunta tiene que ser «sí», pero dedicamos mucho tiempo a examinar por qué se sienten así. Todavía pienso mucho en este artículo de Weisberg et al. en 2008 en el que presentaron a sus participantes explicaciones buenas y malas para diversos resultados psicológicos, algunas de las cuales no incluían ningún contenido de neurociencia y otras sí lo incluían. Fundamentalmente, la neurociencia que se incluyó fue totalmente irrelevante . Aun así, lo que descubrieron fue que el simple hecho de tener algo de neurociencia por ahí no tenía ningún efecto en la percepción de los participantes sobre las buenas explicaciones, pero hacía que las malas parecieran mejores.

Figura 2 (adaptada de Weisberg et al., 2008): incluir algo de neurociencia irrelevante en la explicación de un fenómeno psicológico hace que una mala explicación parezca mejor.

Esto es contra lo que me siento obligado a luchar cuando enseño Neuropsicología. Por lo general, comienzo el semestre comprando algunos productos diferentes en la tienda de conveniencia de nuestro campus que anuncian algo que «estimula el cerebro», algo para tratar de enfatizar este punto con un poco más de fuerza; es fácil dejarse engañar pensando que cualquier cosa «neuro-» debe ser importante y profundo. Sin embargo, involucrar al cerebro no es intrínsecamente significativo, y saber dónde parece suceder algo en el cerebro podría no ayudarnos a comprender el fenómeno que nos interesa.

La cuestión es, por supuesto, que también podría hacerlo, pero eso depende de cómo haya diseñado su estudio y de cómo planee utilizar el cerebro para sacar conclusiones. Déjame darte sólo dos razones que podrías dar para estar interesado en ese pequeño (¡falso!) hecho que acabo de darte: (1) Estás interesado en el cerebro mismo como tu objeto de estudio, y esto es una nueva parte de tu investigación. datos para agregar al catálogo de cosas que sabes sobre este órgano. (2) Ya sabes algunas cosas sobre cómo se organiza el cerebro en funciones, por lo que descubrir que la experiencia en ajedrez «vive» aquí te ayudará a vincularla con otros procesos cognitivos. En respuesta a (1), digo: «Claro, bien por ti. No es mi taza de té, pero no todo tiene que serlo». A (2), te invito a tomar un café porque tenemos mucho de qué hablar. Mira, al menos para mí, eso es lo interesante de examinar el vínculo entre la mente y el cerebro: comprender cómo se organizan los procesos corticalmente a menudo puede brindarte ideas sobre la verdadera naturaleza de diferentes comportamientos y habilidades. Qué Qué es el ajedrez? ¿Qué es lo que realmente estamos haciendo cuando miramos un tablero e intentamos ganar un juego o resolver un rompecabezas? Puedes hacer una introspección todo lo que quieras sobre lo que sientes que estás haciendo, pero los datos neuronales proporcionan un medio para tallar el espacio de los comportamientos, percepciones y pensamientos humanos en un conjunto de articulaciones definidas por la forma en que nuestro hardware biológico se aplica a diferentes tareas.

Esta no es la única ni la mejor perspectiva que puedo tener sobre la neurociencia cognitiva, pero es la mía. Lo que espero poder hacer al echar un vistazo a la neurociencia cognitiva del ajedrez es mostrarles cómo los datos del cerebro humano pueden ayudar a complementar nuestra comprensión de cómo juega la mente. Aquí, me gustaría hacerlo analizando un estudio que creo que es interesante considerar porque ofrece una tercera respuesta a mi pregunta sobre por qué es posible que desees buscar una función particular en el cerebro: ¿Qué pasaría si necesitaras ¿Hacerlo para intentar protegerlo?

Buscando corteza elocuente con fMRI

Permítanme presentarles el tema de nuestro estudio de caso, el Paciente AB. Parte de la razón por la que este estudio me llamó la atención fue que no pude evitar pensar que AB se parecía mucho a alguien que podría haber conocido en la universidad: 45 años, un programador hábil, multilingüe y un jugador de ajedrez con una Calificación bastante sólida de 1950 ELO. Además de estos rasgos y habilidades, AB también tenía algo más: dolor de cabeza. Tampoco un dolor de cabeza cualquiera, sino un dolor de cabeza causado por un tipo de tumor cerebral llamado Glioblastoma . Puede ver cómo se veía su tumor en la fila superior de la figura siguiente. Diría algo para orientarlo sobre lo que debe buscar, pero tengo el presentimiento de que lo resolverá usted mismo. Mientras estamos aquí, también iré directo al grano y los remitiré a la fila inferior de la figura: lo que los cirujanos de AB tuvieron que hacer fue convertir el cerebro que se ve en la fila superior en el cerebro. que ves en la fila inferior. Es decir, habría que resecar el tumor.

Figura 3 (adaptada de Cepero-Escribano et al., 2024) La fila superior muestra el cerebro del paciente AB antes de la operación, con un gran glioblastoma evidente en la LH. La fila inferior muestra los resultados de la cirugía para extirpar esta región. ¿Cómo se asegura de que la transición de la fila superior a la inferior no afecte negativamente la cognición de AB?

Sin embargo, esto no es poca cosa. La preocupación obvia es que extirpar el tumor también puede significar extirpar la corteza elocuente, o partes del cerebro que respaldan funciones específicas como el movimiento, la sensación o la cognición. ¿Recuerdas todas esas cosas que dije que AB podía hacer? Todas estas eran cosas que también esperaba poder hacer después de la cirugía, incluido jugar ajedrez a un nivel bastante alto (mucho más alto que el de su humilde narrador al menos). Entonces, ¿qué hacer? Les presento mucho este tipo de escenario a mis alumnos para recordarles que la neuropsicología como disciplina se basa en cosas que hemos aprendido de personas reales que enfrentan circunstancias difíciles impuestas por una lesión o enfermedad, y también que evaluar las habilidades cognitivas es difícil e importante. . ¿Cómo se cualquier habilidad compleja como jugar al ajedrez mide de manera significativa o la programación? Contamos con escalas neuropsicológicas para evaluar la cognición en términos generales en términos de memoria, percepción visual y lenguaje, pero ¿qué se puede hacer para ayudar a una persona en particular a preservar sus habilidades específicas cuando tiene que someterse a una cirugía cerebral? Lo que los autores de este estudio de caso hicieron por AB es bastante interesante, ya que ayuda a garantizar la preservación de sus capacidades cognitivas y, al mismo tiempo, ofrece algunas ideas adicionales sobre lo que es jugar al ajedrez en términos de una definición basada en sistemas neuronales.

La gran idea es que este es absolutamente un caso en el que es imperativo saber dónde los AB llevan a cabo diferentes tipos de procesos con tanta especificidad geográfica como sea posible. Eso significa vincular la estructura para que funcione lo suficientemente estrechamente como para comprender cómo planificar incisiones quirúrgicas alrededor de partes de su red neuronal que implementan comportamientos que desea dejar intactos. ¿Pero cómo? Un candidato obvio es utilizar fMRI (resonancia magnética funcional), que proporciona una medida indirecta de la actividad neuronal en el cerebro mediante la medición de la oxigenación de la sangre. En resumen, las neuronas activas necesitan oxígeno, que es liberado por la hemoglobina oxigenada. Esto significa que las áreas del cerebro con alta actividad terminarán con diferencias mensurables en las cantidades de hemoglobina oxigenada versus desoxihemoglobina y un escáner de resonancia magnética funcional mide esto a través de algo llamado respuesta BOLD, o dependiente del nivel de oxigenación de la sangre . Cuando ve esos bonitos «mapas de calor» de datos de fMRI, eso es lo que se le muestra, pero con una advertencia importante: los análisis de fMRI generalmente se basan en comparaciones estadísticas entre la respuesta BOLD observada en diferentes condiciones. Es decir, normalmente somos no solo vemos dónde el cerebro «se ilumina» cuando realizas alguna tarea, sino que vemos partes del cerebro donde hay una diferencia significativa entre la respuesta BOLD en una condición versus otra condición. Esto es importante porque debes tener en cuenta que casi cualquier cosa que hagas no depende de una sola área del cerebro, sino que recluta muchas partes diferentes de tu cerebro. Podemos ver cómo funciona esto al observar algunos datos del Paciente AB basados ​​en diferentes contrastes o comparaciones entre tareas administradas mientras estaba en un escáner de resonancia magnética funcional durante las pruebas preoperatorias. Primero, echemos un vistazo a las diferentes tareas de ajedrez que le pidieron que hiciera. A continuación, les muestro un conjunto de 5 tareas conductuales diferentes que le pidieron que realizara y que abarcaban una variedad de habilidades cognitivas diferentes relacionadas con piezas de ajedrez. Algunas de ellas solo requerían saber cómo se llamaban las piezas; las tareas 1 y 2 son solo pruebas que implican encontrar y nombrar piezas en el tablero. Otros requirieron más de lo que podríamos llamar conocimiento real de ajedrez: la Tarea 3 es un juicio sobre movimientos legales, por ejemplo, mientras que la Tarea 4 es una evaluación del potencial de Mate en 2.

Figura 4 (adaptada de Cepero-Escribano et al., 2024): ejemplos de las tareas conductuales administradas al Paciente AB durante las pruebas de comportamiento preoperatorias (por lo tanto, no en el escáner).

Pero ahora echemos un vistazo a las cosas que le pidieron que hiciera mientras medían la respuesta BOLD en el escáner. Estas deberían resultarle familiares porque las condiciones B, C y D son solo versiones fáciles de escanear de algunas de las tareas de comportamiento que le mostré en la figura anterior. Sin embargo, hay algo nuevo aquí, escondido en la esquina inferior izquierda de la figura: una pequeña condición de no hacer nada llamada «Reposo», que es exactamente lo que parece: el paciente AB se queda un rato sin hacer nada en particular. . Este diseño simple significa que podemos ver algunas respuestas diferentes a la pregunta «¿Dónde está la habilidad para jugar ajedrez en el cerebro de AB?» a través de diferentes contrastes de respuesta BOLD. Comencemos con una muy amplia: ¿Qué partes del cerebro están más activas cuando juegas al ajedrez que cuando haces… bueno, nada?

Figura 5 (adaptado de Cepero-Escribano et al., 2024) – Las tareas administradas al Paciente AB en el escáner. Tenga en cuenta la nueva condición de «Reposo», que sirve como una especie de punto de referencia para no hacer nada en particular.

La siguiente imagen muestra la red de regiones que obtienes cuando buscas partes del cerebro que estuvieron significativamente más activas durante cualquiera o todas las tareas de ajedrez (Condiciones BD todas sumadas) en comparación con la condición de Reposo. Si parece complicado, ¡lo es! Recuerde que esto representa todas las diferentes cosas que suceden cuando AB lleva a cabo esas tareas de ajedrez y que no suceden cuando simplemente está mirando un pequeño signo más durante unos 12 segundos. Está viendo colores y formas (¡hola, corteza visual!), está tomando decisiones sobre qué responder (mirando su lóbulo frontal y tal vez algo de corteza premotora) y está haciendo cualquier razonamiento espacial que necesite para evaluar los patrones de jaque mate y mover la legalidad. ¿Dónde está el ajedrez en el cerebro de AB? ¡Casi por todos lados!

Figura 6 (adaptada de Cepero-Escribano et al., 2024): un contraste entre todas las tareas de ajedrez administradas en el escáner a AB y una condición de reposo inicial. Las diferencias sustanciales entre jugar al ajedrez y no hacer nada significan que aquí es evidente una red en expansión de áreas cerebrales activas.

Seamos más específicos e intentemos aislar algunas partes del cerebro que están más involucradas en el juego de ajedrez que en habilidades cognitivas y perceptivas más amplias. Los investigadores lo hicieron utilizando un contraste diferente que coincide con demandas de tareas de menor nivel en todas las condiciones. En la siguiente figura, puede ver los resultados de comparar solo las condiciones de Jaque Mate y Recuperación de Reglas con la tarea de Búsqueda Visual. A diferencia del contraste en reposo anterior, este nuevo contraste coincide con un montón de procesos más simples en ambas mitades de la comparación: en ambos casos, estás viendo un tablero de ajedrez. En ambos casos, probablemente estés nombrando y reconociendo las piezas a interpretar con precisión. En ambos casos, es necesario generar alguna respuesta motora para satisfacer las demandas de la tarea. Debido a que esos procesos se llevan a cabo en ambas partes del contraste, no esperaríamos ver diferencias significativas en la actividad en las áreas del cerebro que respaldan esas tareas. ¿Qué queda? Con suerte, las áreas del cerebro que están específicamente activas cuando estás trabajando en posibles movimientos, incluida la posibilidad de un mate forzado. Si echas un vistazo a la figura siguiente, podrás ver que está mucho menos ocupada que la primera: en lugar de toda esa confusión de regiones activas, esto está mucho más reducido, si consideras solo las regiones que todavía son importantes cuando implementar algo llamado corrección de errores familiar (un paso técnico que es importante pero que está fuera de nuestro alcance, creo), ¡en realidad es solo un punto! Un punto ahí arriba en el lóbulo parietal izquierdo. Un lugar potencialmente cercano al lugar donde los cirujanos de AB necesitan resecar un tumor. ¿Y ahora qué?

Figura 7 (adaptada de Cepero-Escribano et al., 2024): una comparación más detallada de la capacidad de juego de ajedrez evaluada mediante evaluaciones de movimientos y jaque mate en comparación con una tarea de búsqueda visual en un tablero de ajedrez. Este contraste revela una actividad significativa en la corteza parietal izquierda en lugar de una red más distribuida de áreas del cerebro.

Cirugía cerebral a medida mediante mapeo de estimulación eléctrica

Una cosa acerca de la resonancia magnética funcional que es importante tener en cuenta es que, si bien es muy buena para indicar qué partes del cerebro están más activas en una condición u otra, todavía tiene una resolución espacial limitada. Hablamos de datos de fMRI en términos de vóxeles, que son el equivalente volumétrico de los píxeles con los que probablemente esté más familiarizado en la pantalla de su teléfono, computadora portátil o tableta. Cuando estaba aprendiendo por primera vez a hacer experimentos de resonancia magnética funcional, el tamaño de un vóxel de última generación era un cubo de aproximadamente 3 mm de lado. Hoy en día, algo más como 1 mm de lado es mucho más común, pero todavía no es necesariamente un nivel de detalle lo suficientemente fino como para ser tan cuidadoso como nos gustaría ser con el Paciente AB. Introduzca una técnica clásica de la investigación neurológica fundamental del siglo XX: el mapeo de estimulación eléctrica o ESM.

La esencia de ESM es que debido a que la actividad neuronal es de naturaleza eléctrica, puedes intentar comprender qué hacen las neuronas en una parte particular de la corteza manipulando tú mismo las señales eléctricas en esa área para ver qué sucede. Específicamente, uno puede colocar un electrodo en la parte del cerebro que le interesa e inyectar corriente allí para ver qué experimenta el paciente cuando hace esto o para ver qué actividades interrumpe al alterar la actividad eléctrica allí. No creo que tenga espacio para una lección de historia completa ni nada por el estilo, pero basta decir que algunos de los primeros estudios que utilizaron esta técnica ayudaron a establecer la disposición de la corteza motora y somatosensorial al provocar movimientos específicos (por ejemplo, movimientos aislados de las extremidades). o sensaciones localizadas (una sensación de presión en parte del brazo, por ejemplo) a medida que el sitio de estimulación se movía a través de la superficie cortical. Fundamentalmente, es posible llevar a cabo este procedimiento en un paciente despierto que está a punto de someterse a una cirugía cerebral; después de exponer la parte del cerebro con la que necesita trabajar, puede comenzar a estimular y probar el comportamiento del paciente para comprender dónde está la corteza elocuente y no es relativo a diferentes tareas. Esto es exactamente lo que hicieron los cirujanos de AB antes de resecar su tumor: ¿qué partes cercanas de su lóbulo parietal izquierdo contribuyeron a su capacidad lingüística bilingüe? ¿Qué pasa con su habilidad de programación? Y por supuesto, para nuestros propósitos, ¿qué pasa con su forma de jugar al ajedrez? Les he ahorrado la versión bastante sangrienta de esta figura en caso de que algunos de ustedes sean un poco aprensivos, pero a continuación se presenta una vista esquemática de lo que encontraron.

Figura 8- (adaptado de Cepero-Escribano et al., 2024) Los resultados de ESM aplicados al Paciente AB. Se encontró una corteza elocuente que respalda cada una de estas habilidades en las regiones etiquetadas cerca de la apertura quirúrgica, lo que indica cómo tratar de preservar esas habilidades sin dejar de atacar su tumor.

Allí mismo, etiquetado en amarillo como sitio #7, hay habilidad de ajedrez en el cerebro del Paciente AB. Estimular allí mientras intenta llevar a cabo esas tareas conductuales le lleva a tener serias dificultades, aunque estimular en puntos adyacentes no tiene tal efecto. Ese nivel de detalle significó que sus cirujanos pudieron definir una apertura quirúrgica alrededor de estas diversas porciones de corteza elocuente, extirpar el tumor y (con suerte) preservar las habilidades que AB había desarrollado durante décadas de experiencia y capacitación. Digo «con suerte», pero al menos en lo que respecta al juego de ajedrez, ¡funcionó! El paciente AB informó meses después de la cirugía que había podido mantener su calificación ELO de 1950 después de jugar OTB posterior.

Comencé esta publicación esforzándome en explicarte por qué creo que debes tener cuidado con las razones para querer estudiar el cerebro si quieres comprender la mente. Lo que me encanta de este estudio de caso es que siento que incluye todas las cosas que creo que son importantes para comprender el cerebro mismo. Encontrar ubicaciones en el lóbulo parietal izquierdo que respalden el juego de ajedrez de AB no son simplemente datos aleatorios que deben registrarse en una tabla frenológica moderna; en cambio, proporcionan información importante sobre lo que es el juego de ajedrez. Sabemos bastante sobre los tipos de cognición espacial que parecen ocurrir en esa parte del cerebro, por lo que ver esta región identificada en AB (y ver su proximidad a cosas como su capacidad de programación) nos ayuda a establecer conexiones cerebrales entre las funciones cognitivas. funciones que ayudan a revelar la naturaleza de la cognición del ajedrez. Este tipo de conocimiento, del que hablé en mi artículo sobre cognición espacial , puede servir como punto de partida para hipótesis cada vez más específicas sobre la experiencia en ajedrez como un proceso único y un proceso que probablemente recluta un conjunto de habilidades cognitivas más generales. Para mí, esa es la promesa de la investigación en neurociencia cognitiva. Además de esto, encuentro que el elemento humano de este estudio de caso es bastante conmovedor: aquí hay un chico, aproximadamente de mi edad, a quien le ha sucedido algo que le cambió la vida y espera que haya una manera de evitar que cambie de opinión demasiado drásticamente. Al observar cuidadosamente dónde estaba el juego de ajedrez en su cerebro (¡no solo en el cerebro en general!), este grupo pudo ayudar a que eso se hiciera realidad.

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